JP2016073185A - Step-down charging system and power source - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a step-down charging system that can perform stable charging in a circuit for performing step-down charging on low-voltage power storage means by a high-voltage power generation source without stopping an operation because the voltage of a circuit system for controlling the step-down operation is lowered due to an effect of the low voltage even when the terminal voltage of the power storage means is low.SOLUTION: A step-down charging system has power generating means 40, power storage means 20 and step-down means 100 for stepping down the output of the power generating means to charge the power storage means 20. Limit means 60 for applying a voltage limit with which the voltage of the output terminal of a step-down circuit 10 is not below a predetermined voltage is provided between the step-down circuit 10 and the power storage means 20. The limit means 60 has an MOS element, and a limit function is implemented by continuous impedance variation which is obtained by making the MOS element perform source follower operation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高電圧の発電源から得られる電力を受け、自起動しつつ2次電池等へ充電する構造に関するものであり、特にその回路構成に関するものである。   The present invention relates to a structure for receiving power obtained from a high-voltage power source and charging a secondary battery or the like while being self-started, and more particularly to its circuit configuration.

従来から、電子時計や環境発電などの分野で、比較的高い電圧を発生する発電源から、数V程度の2次電池や電気二重層キャパシタなどの蓄電手段に充電可能な充電回路が提案されている。   Conventionally, charging circuits capable of charging power storage means such as secondary batteries and electric double layer capacitors of several volts from a power source that generates a relatively high voltage have been proposed in fields such as electronic watches and energy harvesting. Yes.

従来の充電システムの例を図7に示す。これは、発電源が電磁誘導式である発電機の出力電圧を充電する例である。内部抵抗42を有する交流電圧源41としてモデル化できる発電機である発電手段40の出力を整流手段50で半波または全波整流し、定格電圧数Vの電気二重層キャパシタである蓄電手段93を充電する構成となっている。   An example of a conventional charging system is shown in FIG. This is an example of charging the output voltage of a generator whose power generation source is an electromagnetic induction type. The output of the power generation means 40, which is a generator that can be modeled as an AC voltage source 41 having an internal resistance 42, is half-wave or full-wave rectified by the rectification means 50, and the power storage means 93 that is an electric double layer capacitor having a rated voltage number V It is configured to charge.

また蓄電手段93には昇圧回路95が接続し、蓄電手段93の端子電圧を昇圧して電子時計である負荷回路96を駆動する。   Further, a booster circuit 95 is connected to the power storage means 93 to boost the terminal voltage of the power storage means 93 and drive a load circuit 96 that is an electronic timepiece.

蓄電手段93は、一般に自己放電などで放電しきってしまうと端子電圧が極端に小さくなってしまう。そういった状態であっても、負荷回路96が起動できるように、この例では抵抗91を備えている。充電システムの起動時には、抵抗91が蓄電手段93に対して直列に接続するようになっており、発電手段40で発電された電流が抵抗91に流れることで生じる電圧降下が蓄電電圧に加算されることにより、負荷回路96の両端には回路の起動に十分な電圧が印加される。すなわち蓄電手段93が放電してしまっても負荷回路96は起動可能となる。   In general, when the electric storage means 93 is completely discharged by self-discharge or the like, the terminal voltage becomes extremely small. In this example, a resistor 91 is provided so that the load circuit 96 can be activated even in such a state. At the time of starting the charging system, the resistor 91 is connected in series with the power storage means 93, and a voltage drop caused by the current generated by the power generation means 40 flowing through the resistor 91 is added to the power storage voltage. Thus, a voltage sufficient for starting the circuit is applied to both ends of the load circuit 96. That is, even if the power storage means 93 is discharged, the load circuit 96 can be activated.

負荷回路96の起動後は、蓄電手段93の端子電圧が定期的に電圧サンプリングされる。蓄電手段93の充電が進み、負荷回路96を動作させることが可能なレベルまで端子電圧が上昇したときはこれを検知し、抵抗91の両端をスイッチ92で短絡するという動作を行う。スイッチ92が導通状態となった以降は蓄電手段93に蓄えられた電圧をもとに負荷回路96は動作を継続する。   After the load circuit 96 is activated, the terminal voltage of the power storage means 93 is periodically voltage sampled. When the charging of the power storage means 93 proceeds and the terminal voltage rises to a level at which the load circuit 96 can be operated, this is detected, and an operation is performed in which both ends of the resistor 91 are short-circuited by the switch 92. After switch 92 becomes conductive, load circuit 96 continues to operate based on the voltage stored in power storage means 93.

特許2652057号公報(7頁、図1)Japanese Patent No. 2652057 (page 7, FIG. 1)

従来は、負荷回路96の起動に十分な電圧を発生させるため、抵抗91には比較的高い抵抗値を有する抵抗素子を用いており、固定値の抵抗を単に直列に挿入するだけであった。抵抗91の抵抗値は発電量に関係なく一定であるので、例えば発電量が多いときには発電電流が大きくなるため、抵抗91に生じる電圧は大きくなるが、この抵抗91で消費されて無駄となる電力も大きくなり、発電した電力を効率よく蓄電手段93に蓄えることができなくなる。   Conventionally, in order to generate a voltage sufficient for starting the load circuit 96, a resistor element having a relatively high resistance value is used for the resistor 91, and a fixed value resistor is simply inserted in series. Since the resistance value of the resistor 91 is constant regardless of the power generation amount, for example, when the power generation amount is large, the generated current increases, so the voltage generated in the resistor 91 increases, but the power consumed by the resistor 91 is wasted. And the generated power cannot be efficiently stored in the power storage means 93.

電磁誘導方式は、単位時間当たりの発電エネルギが比較的大きいため、発電手段からの電力取り出し効率があまり高くなくても実用になりうる。しかしながら、発電能力があまり高くない発電機を用いる場合は、電力取り出し効率が悪いままでは実用にならない。   The electromagnetic induction method can be practically used even if the power extraction efficiency from the power generation means is not so high because the generated energy per unit time is relatively large. However, in the case of using a generator whose power generation capacity is not so high, it is not practical if the power extraction efficiency remains low.

例えば、エレクトレットなどの静電誘導発電機の場合、発電電圧は高い電圧が出力されるが、内部インピーダンスが高く得られる電流量が小さいため、効率的な充電システムを構築する必要がある。しかしながら、上述のように蓄電手段の低残量時での起動性を確保しつつ、発電量の変化に対応し効率的に充電することに関しては特に考慮されていなかった。   For example, in the case of an electrostatic induction generator such as an electret, a high power generation voltage is output, but since an amount of current that can be obtained with a high internal impedance is small, it is necessary to construct an efficient charging system. However, as described above, no particular consideration has been given to efficient charging in response to changes in the amount of power generation while ensuring the startability of the power storage means when the remaining amount is low.

またこの例では、充電システムの発電手段40として、発電電圧の高い発電機を用いることについては考慮されていない。特に静電誘導発電のように数10Vという高い発電電圧を発生する発電機を用いて、定格電圧が数V程度の小型の電気二重層キャパシタへ高効率で充電するためには、この発電出力を低い電圧レベルに変換して充電する必要があるが、このような降圧機能を備えた充電システムへの応用についての記載はない。   In this example, it is not considered to use a generator having a high generation voltage as the power generation means 40 of the charging system. In particular, in order to charge a small electric double layer capacitor having a rated voltage of several volts with high efficiency using a generator that generates a high generation voltage of several tens of volts, such as electrostatic induction power generation, Although it is necessary to charge by converting to a low voltage level, there is no description about application to a charging system having such a step-down function.

本発明の降圧充電システムでは、以下の構成を採用する。   The following configuration is adopted in the step-down charging system of the present invention.

すなわち、高電圧を出力する発電手段(40)の発電出力を入力し、蓄電手段(20)に降圧充電するための降圧充電出力(102)を有する降圧充電システム(100)であって、前記発電出力を降圧する降圧回路(10)と、
該降圧回路(10)の出力と前記降圧充電出力(102)の間に設けられ、前記降圧回路(10)の出力端子の電圧が、所定のリミット電圧を下回らないようにインピーダンスを連続的に変化させるリミット手段(60)と、を有することを特徴とする。
That is, a step-down charging system (100) having a step-down charging output (102) for inputting a power generation output of a power generation unit (40) that outputs a high voltage and performing a step-down charging to a power storage unit (20), A step-down circuit (10) for stepping down the output;
Provided between the output of the step-down circuit (10) and the step-down charge output (102), the impedance is continuously changed so that the voltage at the output terminal of the step-down circuit (10) does not fall below a predetermined limit voltage. And limiting means (60).

本願では従来の課題を改善し、蓄電される側(蓄電手段)の電圧でなく、充電しようする側(降圧回路出力端子)の電圧を実質的にモニターし、所定のリミット電圧以上の電圧が降圧出力端子に自動的に発生するよう制御する。この制御は、抵抗値が連続的に可変である回路素子を挿入することに類似するが、この回路素子での電力損失は必要最小となる。よって充電の効率化が図られ、蓄電手段を低残量から充電立ち上げする際の特性が改善できる。   In this application, the conventional problem is improved, and the voltage on the charging side (voltage step-down circuit output terminal) is substantially monitored instead of the voltage on the charged side (power storage means), and the voltage exceeding the predetermined limit voltage is stepped down. Control to generate automatically at the output terminal. This control is similar to inserting a circuit element whose resistance value is continuously variable, but the power loss in this circuit element is minimized. Therefore, the efficiency of charging can be improved, and the characteristics when starting up the charging of the power storage means from a low remaining amount can be improved.

また、降圧する方式の充電システムでは、降圧回路の出力端子の電圧は、降圧回路の入力端子の電圧に影響を及ぼす。このため降圧回路の出力端子の電圧が小さくなり過ぎると、これに引き込まれて降圧回路の入力端子の電圧も小さくなる。   In the charging system of the step-down method, the voltage at the output terminal of the step-down circuit affects the voltage at the input terminal of the step-down circuit. For this reason, when the voltage at the output terminal of the step-down circuit becomes too small, the voltage at the input terminal of the step-down circuit is reduced by being drawn into this.

降圧回路の入力端子の電圧は降圧回路の最低動作可能電圧よりも高い必要があるため、降圧回路の入力端子の電圧が小さくなり過ぎると、降圧制御をする回路そのものの動作を維持できない状態となる。本願では、降圧制御をする回路の最低動作可能電圧に対して、上記のリミット電圧に降圧倍率を乗じた電圧のほうが高くなるようにすることでこれを回避し、降圧制御をする回路が動作を継続できるようになっている。   Since the voltage at the input terminal of the step-down circuit needs to be higher than the minimum operable voltage of the step-down circuit, if the voltage at the input terminal of the step-down circuit becomes too small, the operation of the circuit that performs step-down control cannot be maintained. . In the present application, the voltage that is obtained by multiplying the above limit voltage by the step-down magnification is higher than the minimum operable voltage of the circuit that performs step-down control, thereby avoiding this, and the circuit that performs step-down control operates. It can be continued.

さらに、降圧出力端子よりも電圧の高い降圧回路の入力側(発電機側)に配置し、降圧回路の降圧動作よりも先に動作を開始する参照電圧生成回路を備えており、これによって上記のリミット電圧を決定するための基準電圧を発生するように構成している。従って、発電機出力を受けると、まず初めに降圧制御する回路である参照電圧生成回路が動作開始し、リミット機能が即時に働くことで、蓄電手段の端子電圧が低い場合でも確実に降圧充電システムが動作継続できるようになっている。   Furthermore, a reference voltage generation circuit is provided which is arranged on the input side (generator side) of the step-down circuit having a higher voltage than the step-down output terminal and starts operation before the step-down operation of the step-down circuit. A reference voltage for determining the limit voltage is generated. Therefore, when the generator output is received, the reference voltage generation circuit, which is a circuit that performs step-down control, starts operating, and the limit function immediately works, so that even when the terminal voltage of the power storage means is low, the step-down charging system is ensured. Can continue to operate.

従って本願によれば、蓄電手段が低残量の状態であっても正しく起動し降圧動作を行い、かつ蓄電手段の充電初期に低損失で充電することが可能となる。特にエレクトレット素
子のような高電圧を発生する静電誘導発電機を用いたときでも、発電機から高い効率で充電することが可能な降圧充電システムを提供することが可能である。
Therefore, according to the present application, even when the power storage means is in a low remaining amount state, it is possible to start up correctly and perform a step-down operation, and to charge the power storage means with a low loss at the initial stage of charging. In particular, even when an electrostatic induction generator that generates a high voltage such as an electret element is used, it is possible to provide a step-down charging system that can be charged with high efficiency from the generator.

その他、上記のようなアナログ的なリミット機能を、高電圧下では電力消費などの面で不利な、電圧サンプリング回路のようなものを使用せず、簡素で省スペースな構成で実現できるといった効果も有する。   In addition, the analog limit function as described above can be realized with a simple and space-saving configuration without using a voltage sampling circuit, which is disadvantageous in terms of power consumption under high voltage. Have.

本発明の降圧充電システムの構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the pressure | voltage fall charging system of this invention. 本発明の降圧手段の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the pressure | voltage fall means of this invention. 本発明の降圧回路の回路状態を示した回路図である。It is a circuit diagram showing a circuit state of a step-down circuit of the present invention. 降圧回路を駆動するタイミング信号波形を示した波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing timing signal waveforms for driving a step-down circuit. 本発明の降圧充電システムの別の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed another structure of the pressure | voltage fall charging system of this invention. 本発明の降圧充電システムの要部電圧波形を示した波形図である。It is the wave form diagram which showed the principal part voltage waveform of the pressure | voltage fall charging system of this invention. 従来の充電システムの構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the conventional charging system. 第2の実施形態の降圧充電システムの構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the pressure | voltage fall charging system of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の降圧手段の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the pressure | voltage fall means of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の降圧充電システムの構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the structure of the pressure | voltage fall charging system of 3rd Embodiment. 第2の実施形態の降圧充電システムの要部電圧波形を示した波形図である。It is the wave form diagram which showed the principal part voltage waveform of the pressure | voltage fall charging system of 2nd Embodiment. 第2の実施形態におけるタイミング生成回路の動作電流経路を示した回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an operating current path of a timing generation circuit according to a second embodiment.

以下、このような降圧充電システムを実現するための形態について図面を参照して詳述する。   Hereinafter, an embodiment for realizing such a step-down charging system will be described in detail with reference to the drawings.

まず図1、図2を参照して、本発明の実施形態の全体構成について説明する。
その後に、図3〜図4を参照して降圧回路の構成および動作について説明する。
最後に、図1〜図2、図6を参照して、本発明の実施形態の全体動作について説明する。
First, an overall configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Thereafter, the configuration and operation of the step-down circuit will be described with reference to FIGS.
Finally, the overall operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

[降圧充電システムの全体構成説明:図1]
本発明の降圧充電システムは、降圧手段100として示した回路システムである。この降圧充電システムの前後に発電手段40と整流手段50と蓄電手段20とを接続することで、発電手段40の出力を整流手段50によって全波整流し、その整流出力を降圧手段100によって降圧し、蓄電手段20へ充電するという動作を行うことが可能となる。
[Description of overall configuration of step-down charging system: Fig. 1]
The step-down charging system of the present invention is a circuit system shown as step-down means 100. By connecting the power generation means 40, the rectification means 50, and the power storage means 20 before and after the step-down charging system, the output of the power generation means 40 is full-wave rectified by the rectification means 50, and the rectified output is stepped down by the voltage reduction means 100. Then, the operation of charging the power storage means 20 can be performed.

発電手段40は、高電圧の交番電圧を出力する交流発電機である。いわゆるダイオードブリッジである整流手段50がこの発電手段40の出力を全波整流し、整流出力を降圧手段100に印加することが可能な構成としている。降圧手段100は、降圧入力端子101から入力した整流出力を電圧変換する降圧回路10を介して、降圧充電出力端子102に接続された2次電池である蓄電手段20へ蓄電することが可能となっている。発電手段40は、発電電圧の振幅(片振幅)V0が30Vの電圧源41と、出力抵抗値がRの内部抵抗42とを直列に接続した単純なモデルとして表現できる交流発電機を仮定する。   The power generation means 40 is an AC generator that outputs a high voltage alternating voltage. The rectifier 50, which is a so-called diode bridge, is configured to be capable of full-wave rectifying the output of the power generator 40 and applying the rectified output to the step-down device 100. The step-down means 100 can store power in the power storage means 20 that is a secondary battery connected to the step-down charge output terminal 102 via the step-down circuit 10 that converts the rectified output input from the step-down input terminal 101 into a voltage. ing. The power generation means 40 is assumed to be an AC generator that can be expressed as a simple model in which a voltage source 41 having a generated voltage amplitude (single amplitude) V0 of 30 V and an internal resistance 42 having an output resistance value R are connected in series.

降圧手段100は、キャパシタの接続状態を直列と並列とに切り替えることで入力電圧を実質的により低い電圧に変換することが可能な回路ブロックである降圧回路10を内蔵している。降圧手段100の構成については次に詳しく説明する。   The step-down unit 100 includes a step-down circuit 10 that is a circuit block that can convert the input voltage to a substantially lower voltage by switching the connection state of the capacitor between series and parallel. The configuration of the step-down unit 100 will be described in detail next.

[降圧手段の構成説明:図2]
降圧手段100は、降圧回路10とタイミング生成回路13と、リミット手段60と、参照電圧生成回路30とで構成する。なお、降圧手段100は、入力する発電電圧が高電圧であるため、その電圧で破壊しない耐電圧を有するMOS素子で構成する。一般に高耐圧MOS素子のしきい値電圧は高いため、降圧手段100の動作可能電圧は5V以上であるものとする。
[Configuration explanation of step-down means: FIG. 2]
The step-down unit 100 includes a step-down circuit 10, a timing generation circuit 13, a limit unit 60, and a reference voltage generation circuit 30. The step-down means 100 is composed of a MOS element having a withstand voltage that is not destroyed by the input power generation voltage because it is a high voltage. In general, since the threshold voltage of a high voltage MOS element is high, the operable voltage of the step-down means 100 is assumed to be 5V or more.

参照電圧生成回路30は、PMOS素子31および35とNMOS素子32と34と基準抵抗33とで構成した、いわゆるベータ乗算型の参照電流源である。   The reference voltage generation circuit 30 is a so-called beta multiplication type reference current source composed of PMOS elements 31 and 35, NMOS elements 32 and 34, and a standard resistor 33.

PMOS素子31および35はカレントミラー接続であり、NMOS素子32および34に等しい電流を流すように接続している。NMOS素子34のソース端子と接地電位VSSとの間には基準抵抗33を挿入し、NMOS素子32に働くソース・デジェネレーション効果によって参照電圧生成回路30の動作点が決定するように接続している。これにより各MOS素子には、電源電圧に依らないほぼ一定の電流が流れる。   The PMOS elements 31 and 35 are in a current mirror connection, and are connected so as to pass an equal current to the NMOS elements 32 and 34. A reference resistor 33 is inserted between the source terminal of the NMOS element 34 and the ground potential VSS, and is connected so that the operating point of the reference voltage generation circuit 30 is determined by the source degeneration effect acting on the NMOS element 32. . As a result, a substantially constant current that does not depend on the power supply voltage flows through each MOS element.

NMOS素子34はダイオード接続しているので、このドレイン−ソース端子間にはNMOS素子のしきい値電圧に近い一定電圧が発生する。この電圧信号を第1の参照電圧Vr1としている。すなわち、PMOS素子35のドレイン端子とNMOS素子34のドレイン端子の接続点から第1の参照電圧Vr1を得る。   Since the NMOS element 34 is diode-connected, a constant voltage close to the threshold voltage of the NMOS element is generated between the drain and source terminals. This voltage signal is the first reference voltage Vr1. That is, the first reference voltage Vr1 is obtained from the connection point between the drain terminal of the PMOS element 35 and the drain terminal of the NMOS element 34.

第1の参照電圧Vr1の電圧は、NMOS素子のしきい値電圧をもとに得られる所定の電圧値である。ここでは第1の参照電圧Vr1は接地電位VSSからみて0.5Vであるとする。   The voltage of the first reference voltage Vr1 is a predetermined voltage value obtained based on the threshold voltage of the NMOS element. Here, it is assumed that the first reference voltage Vr1 is 0.5 V when viewed from the ground potential VSS.

降圧回路10は、キャパシタの直列接続および並列接続の状態を切り替えることで、入力電圧を降圧出力する回路である。詳細な構成は後述する。   The step-down circuit 10 is a circuit that step-down outputs an input voltage by switching a series connection state and a parallel connection state of capacitors. A detailed configuration will be described later.

タイミング生成回路13は降圧回路10が切り替え動作するためのクロック源である。タイミング生成回路13は、第1の参照電圧Vr1を接続し、これを基準電圧としてバイアスされ発振動作する発振回路を備え(図示せず)、この発振回路の出力を元に第1のタイミング信号S31と第2のタイミング信号S32とを出力する。タイミング生成回路13は周知の構成で実現できるため、その構成については省略する。タイミング信号の波形については後述する。   The timing generation circuit 13 is a clock source for the switching operation of the step-down circuit 10. The timing generation circuit 13 includes an oscillation circuit (not shown) that is connected to the first reference voltage Vr1 and is biased with the reference voltage Vr1 as a reference voltage to oscillate. The first timing signal S31 is based on the output of the oscillation circuit. And a second timing signal S32. Since the timing generation circuit 13 can be realized with a known configuration, the configuration is omitted. The waveform of the timing signal will be described later.

蓄電手段20は内部インピーダンスの低い2次電池である。蓄電手段20は降圧回路10の出力電流を、後述のリミット手段60を介して充電するように構成している。蓄電手段20の負極は接地している。   The power storage means 20 is a secondary battery having a low internal impedance. The power storage means 20 is configured to charge the output current of the step-down circuit 10 via a limit means 60 described later. The negative electrode of the electricity storage means 20 is grounded.

降圧回路10の出力と、蓄電手段20に接続される降圧充電出力端子102との間にはリミット手段60が設けられている。   Limit means 60 is provided between the output of the step-down circuit 10 and the step-down charge output terminal 102 connected to the power storage means 20.

リミット手段60は、PMOS素子61を備えている。ソース端子が降圧回路10の出力、ゲート端子には参照電圧生成回路30中第1の参照電圧Vr1が接続している。ここでは、リミット手段60のPMOS素子61のしきい値電圧は約0.5Vであるものとする。   The limit means 60 includes a PMOS element 61. The source terminal is connected to the output of the step-down circuit 10, and the gate terminal is connected to the first reference voltage Vr1 in the reference voltage generation circuit 30. Here, it is assumed that the threshold voltage of the PMOS element 61 of the limit means 60 is about 0.5V.

リミット手段60はさらに、ショットキバリアダイオードに代表される、順方向電圧が低いダイオード62を備えており、PMOS素子61のドレイン端子から蓄電手段20の
正極への整流方向が順方向となるように接続する。
[降圧回路の構成説明:図3、図4]
図3と図4とを使って降圧回路10の構成について説明する。降圧回路10は第1の降圧ブロック11と第2の降圧ブロック12とで構成する。降圧回路10は単純化のため、6倍固定とし、降圧回路10の出力には、リミット手段60を介さず、蓄電手段20が直接接続しているとして説明する。
The limit means 60 further includes a diode 62 having a low forward voltage, represented by a Schottky barrier diode, and is connected so that the rectification direction from the drain terminal of the PMOS element 61 to the positive electrode of the power storage means 20 is the forward direction. To do.
[Description of Step-Down Circuit Configuration: FIGS. 3 and 4]
The configuration of the step-down circuit 10 will be described with reference to FIGS. The step-down circuit 10 includes a first step-down block 11 and a second step-down block 12. For simplicity, the step-down circuit 10 is assumed to be fixed 6 times, and the output of the step-down circuit 10 will be described as being connected directly to the power storage unit 20 without passing through the limit unit 60.

第1の降圧ブロック11と第2の降圧ブロック12とは、構成としては同じものであるが互いに逆位相で動作、すなわち一方が蓄電動作をする間、他方は放電動作を行うように構成した降圧回路である。   The first step-down block 11 and the second step-down block 12 have the same configuration, but operate in opposite phases to each other, that is, one is configured to perform a discharging operation while the other performs a storage operation. Circuit.

各降圧ブロックは複数のキャパシタを備えており、各キャパシタ間の接続状態は、MOSトランジスタを組み合わせて構成した、いわゆるアナログスイッチによって切り替える。スイッチは周知の構成なので図示していない。各々の降圧ブロックは、図3に示すように整流手段50の出力を2倍降圧する第1の降圧段110Aと、この第1の降圧段110Aの出力を3倍降圧して蓄電手段20へ出力する第2の降圧段110Bとで構成する。   Each step-down block includes a plurality of capacitors, and the connection state between the capacitors is switched by a so-called analog switch configured by combining MOS transistors. The switch is not shown because it is a known configuration. Each step-down block has a first step-down stage 110A that steps down the output of the rectifying unit 50 twice as shown in FIG. 3, and outputs the output of the first step-down step 110A three times down to the power storage unit 20 And the second step-down stage 110B.

第1の降圧段110Aは、2倍降圧動作するために、キャパシタ111とキャパシタ112の2つのキャパシタを備えている。第1の降圧段110Aはキャパシタ111とキャパシタ112の全てを直列または全てを並列とに切り替える動作をする。   The first step-down stage 110A includes two capacitors, a capacitor 111 and a capacitor 112, in order to perform a double step-down operation. The first step-down stage 110A operates to switch all of the capacitors 111 and 112 in series or all in parallel.

また、第2の降圧段110Bは3倍降圧動作するために、キャパシタ113とキャパシタ114とキャパシタ115の3つのキャパシタを備えている。第2の降圧段110Bはキャパシタ113とキャパシタ114とキャパシタ115の3つのキャパシタの全てを直列または並列とに切り替える動作をする。   The second step-down stage 110B includes three capacitors, a capacitor 113, a capacitor 114, and a capacitor 115, in order to perform a triple step-down operation. The second step-down stage 110B operates to switch all three capacitors of the capacitor 113, the capacitor 114, and the capacitor 115 in series or in parallel.

動作クロックは、図4に示すような2相のクロック信号である。図3における状態aと状態bとが、第1のタイミング信号S31と第2のタイミング信号S32に従って交互に切り替わる。図3における状態aと状態bについても同様である。   The operation clock is a two-phase clock signal as shown in FIG. The state a and the state b in FIG. 3 are switched alternately according to the first timing signal S31 and the second timing signal S32. The same applies to state a and state b in FIG.

図4における期間A、すなわち第1のタイミング信号S31がハイレベルの期間においては図3の状態aとなるようにする。また期間B、すなわち第2のタイミング信号S32がハイレベルとなる期間においては、図3の状態bとなるように切り替え制御を行う。期間Aと期間Bとは50ミリ秒とする。   In the period A in FIG. 4, that is, in the period in which the first timing signal S31 is at a high level, the state a in FIG. 3 is set. Further, during the period B, that is, the period when the second timing signal S32 is at the high level, the switching control is performed so as to be in the state b of FIG. Period A and period B are 50 milliseconds.

クロックの一方である第1のタイミング信号S31と他方である第2のタイミング信号S32とは互いにほとんど反転信号とみなせる関係であるが、切り替わりの瞬間には各降圧ブロックを構成するスイッチが同時にオンすることで各キャパシタを短絡しないように、切り替わり遅延期間Dを設ける。期間Dは周知の遅延時間生成手法によって、数ナノ〜数10ナノ秒程度と必要最小限の時間幅に設定できる。   The first timing signal S31, which is one of the clocks, and the second timing signal S32, which is the other, have a relationship that can be almost regarded as an inverted signal, but at the moment of switching, the switches constituting each step-down block are simultaneously turned on. Thus, a switching delay period D is provided so as not to short-circuit each capacitor. The period D can be set to a necessary minimum time width of about several nanometers to several tens of nanoseconds by a known delay time generation method.

[降圧回路の動作説明:図3〜4]
図3と図4を使って、降圧回路10の動作について簡単に説明する。
[Description of operation of step-down circuit: FIGS. 3 to 4]
The operation of the step-down circuit 10 will be briefly described with reference to FIGS.

第1のタイミング信号S31および第2のタイミング信号S32に従って降圧回路10が降圧動作すると、整流手段50の出力から蓄電される状態にあるキャパシタは、電荷を蓄えることで端子電圧が僅かに上昇するが、キャパシタが放電状態となったときに、キャパシタに蓄えられた電荷は蓄電手段20に瞬時に吸いこまれ、蓄電手段20の端子電圧に等しくなる。これは蓄電手段20のインピーダンスが低いためである。   When the step-down circuit 10 performs a step-down operation according to the first timing signal S31 and the second timing signal S32, the capacitor that is charged from the output of the rectifying means 50 has a terminal voltage slightly increased by storing electric charge. When the capacitor is discharged, the electric charge stored in the capacitor is instantaneously sucked into the power storage means 20 and becomes equal to the terminal voltage of the power storage means 20. This is because the impedance of the power storage means 20 is low.

よって、降圧回路10が降圧動作する時は、第2の降圧段110Bの各キャパシタの端子間電圧は蓄電電圧VBTと常にほぼ等しくなり、第1の降圧段110Aの各キャパシタの端子間電圧は蓄電電圧VBTの3倍と常にほぼ等しくなり、結果として降圧回路10の入力側電圧である負荷電圧VLは蓄電電圧VBTのほぼ6倍の電圧となる。   Therefore, when the step-down circuit 10 performs a step-down operation, the voltage between terminals of each capacitor of the second step-down stage 110B is always substantially equal to the storage voltage VBT, and the voltage between terminals of each capacitor of the first step-down stage 110A is stored. As a result, the load voltage VL, which is the input side voltage of the step-down circuit 10, becomes almost six times the storage voltage VBT.

このように、降圧回路10の入力側には蓄電電圧VBTに降圧倍率nを乗じた電圧値が現れることとなる。この降圧回路10の入力側端子は、発電した電流が流れ込んでもほとんど電圧変化が生じないため、降圧回路10の接続状態が切り替わるごく僅かな期間(図4の期間D)を除けば、降圧回路10は常に電圧値がn・VBTの電圧源であるかのように振舞う。この定電圧源のように見える負荷の電圧値が前述した負荷電圧VLに相当し、
VL=n・VBT
が成り立つようになる。
Thus, a voltage value obtained by multiplying the storage voltage VBT by the step-down magnification n appears on the input side of the step-down circuit 10. Since the voltage at the input side terminal of the step-down circuit 10 hardly changes even when the generated current flows, the step-down circuit 10 is excluded except for a very short period (period D in FIG. 4) in which the connection state of the step-down circuit 10 is switched. Always behaves as if it is a voltage source of n · VBT. The voltage value of the load that looks like this constant voltage source corresponds to the aforementioned load voltage VL,
VL = n · VBT
Comes to hold.

特に、2つの降圧ブロックを相補的に動作させることで、一方の降圧ブロックが放電状態にあって、発電手段40に接続しない間でも、他方の降圧ブロックが発電手段40に接続し充電状態にできるため、発電手段40に常に定電圧負荷が接続したような状態にすることができ、発電手段40が発電しているその時点での電力を常に取り出すことが可能となる。   In particular, by operating the two step-down blocks in a complementary manner, the other step-down block can be connected to the power generation unit 40 and charged while the one step-down block is in a discharging state and not connected to the power generation unit 40. Therefore, it is possible to make a state where a constant voltage load is always connected to the power generation means 40, and it is possible to always take out the electric power at that time when the power generation means 40 is generating power.

さらにこの降圧動作では、降圧回路10内の全てのキャパシタは、電荷を受け渡す動作を通じてもその端子電圧には僅かな電圧変化しか生じないため、電荷移動にともなう損失が抑えられ、結果的にこの降圧回路10は、入力電圧よりも端子電圧が低い状態にある蓄電手段20へほとんど損失なしに電荷を移動することが可能となる。   Further, in this step-down operation, since all the capacitors in the step-down circuit 10 have only a slight voltage change in the terminal voltage even through the operation of transferring charges, loss due to charge transfer is suppressed, and as a result, The step-down circuit 10 can transfer charges with little loss to the power storage means 20 whose terminal voltage is lower than the input voltage.

従って、このように降圧回路10を構成することで、発電手段40が無負荷となるような時間なしに、常に定電圧源と見なせる負荷を接続することができ、かつ低損失で発電出力を負荷手段30に送ることが可能となる。   Therefore, by configuring the step-down circuit 10 in this way, it is possible to connect a load that can always be regarded as a constant voltage source without a time during which the power generation means 40 is unloaded, and load the generated output with low loss. It can be sent to the means 30.

[降圧充電システムの動作説明:図1、図2、図6]
図1と図2と図6とを使って、本発明の実施形態の動作について簡単に説明する。
[Description of operation of step-down charging system: FIG. 1, FIG. 2, FIG. 6]
The operation of the embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.

まず蓄電手段20がほとんど放電してしまい、その端子電圧VBTが0Vの状態から動作を開始すると仮定して説明する。   First, description will be made on the assumption that the storage means 20 is almost discharged and the operation starts from the state where the terminal voltage VBT is 0V.

発電手段40が発電を開始し、整流手段50から整流された電流が流れると、参照電圧生成回路30に電流が流れることで、所定の電圧値が第1の参照電圧Vr1に発生する(図6の時刻t1)。   When the power generation means 40 starts power generation and a rectified current flows from the rectification means 50, a current flows through the reference voltage generation circuit 30 and a predetermined voltage value is generated in the first reference voltage Vr1 (FIG. 6). Time t1).

その後にタイミング生成回路13も動作を開始し、第1のタイミング信号S31および第2のタイミング信号S32を出力する。このタイミング信号により降圧回路10が前述の降圧動作を開始する(図6の時刻t2)。   Thereafter, the timing generation circuit 13 also starts to operate, and outputs the first timing signal S31 and the second timing signal S32. With this timing signal, the step-down circuit 10 starts the above-described step-down operation (time t2 in FIG. 6).

降圧回路10は整流手段50の整流出力を電圧変換し、蓄電手段20に充電電流を供給する。   The step-down circuit 10 converts the rectified output of the rectifying means 50 into a voltage and supplies a charging current to the power storage means 20.

蓄電手段20の端子電圧VBTが0Vであるので、リミット手段60のPMOS素子61のドレイン端子は同じく0V近くまで引き込まれる。しかしながら、PMOS素子61のゲート端子には参照電圧Vr1が印加されており、この状態ではPMOS素子61はソースフォロワ回路として動作する。このため、リミット手段60中のPMOS素子61のソース端子は、第1の参照電圧Vr1の電圧値にPMOS素子61のしきい値電圧VTPを加算し
た電圧、この例では約1.0Vにほぼ固定されることになる。
Since the terminal voltage VBT of the storage means 20 is 0V, the drain terminal of the PMOS element 61 of the limit means 60 is similarly drawn to near 0V. However, the reference voltage Vr1 is applied to the gate terminal of the PMOS element 61. In this state, the PMOS element 61 operates as a source follower circuit. Therefore, the source terminal of the PMOS element 61 in the limit means 60 is substantially fixed at a voltage obtained by adding the threshold voltage VTP of the PMOS element 61 to the voltage value of the first reference voltage Vr1, which is about 1.0 V in this example. Will be.

降圧回路10が降圧動作をすることにより、降圧回路10の入力電圧は、前述したとおり降圧回路10の出力端子電圧の6倍の電圧が現れるようになる。この電圧は、6×(Vr1+VTP)≒6V であり、降圧回路10の制御に必要な参照電圧生成回路30や、タイミング生成回路13の最低動作可能電圧である5Vに比べて十分に高い。すなわち、降圧回路10の入力端子電圧は蓄電手段20の端子電圧の影響を受けて下がり過ぎることはないため、降圧回路10は蓄電手段20の端子電圧が極めて低い場合でも安定して動作を継続できるようになる。   As the step-down circuit 10 performs a step-down operation, the input voltage of the step-down circuit 10 appears as six times the output terminal voltage of the step-down circuit 10 as described above. This voltage is 6 × (Vr1 + VTP) ≈6V, which is sufficiently higher than the reference voltage generation circuit 30 necessary for controlling the step-down circuit 10 and the minimum operable voltage of the timing generation circuit 13 which is 5V. That is, since the input terminal voltage of the step-down circuit 10 is not excessively lowered due to the influence of the terminal voltage of the power storage unit 20, the step-down circuit 10 can continue to operate stably even when the terminal voltage of the power storage unit 20 is extremely low. It becomes like this.

この構成において、リミット手段60は、抵抗値が連続的に変化する抵抗素子のように振舞う。蓄電手段20の端子電圧が0Vに近いときはリミット手段60における電力損失は最大になるが、発電手段40から得られる発電電流が小さければこの損失は必要最小となり、また蓄電手段20の端子電圧が徐々に上昇してもこの損失は必要最小となる。すなわち、降圧回路10が動作継続可能な範囲で、リミット手段60における電力損失は最小限となるように自動的に制御されるように動作する。   In this configuration, the limit means 60 behaves like a resistance element whose resistance value changes continuously. When the terminal voltage of the power storage means 20 is close to 0V, the power loss in the limit means 60 is maximized. However, if the generated current obtained from the power generation means 40 is small, this loss is the minimum necessary, and the terminal voltage of the power storage means 20 is Even if it rises gradually, this loss is minimized. That is, it operates so as to be automatically controlled so that the power loss in the limit means 60 is minimized within a range in which the step-down circuit 10 can continue operation.

また特に、第1の参照電圧Vr1が発生すれば、リミット手段60はソースフォロワ回路であるので即座に動作する。これは、一般にソースフォロワ回路は高速に動作するという事実によっている。一方で、タイミング生成回路13は第1の参照電圧Vr1を基準に発振する発振回路を含んでいる。一般に、発振回路の発振起動には数ミリ秒以上を要するため、タイミング信号S31、S32が出力されるのは、リミット手段60が所定の動作を開始するよりも遅くなる。これにより、降圧回路10の動作よりもリミット動作が先になるため、上記の動作が保証される。   In particular, when the first reference voltage Vr1 is generated, the limit means 60 operates immediately because it is a source follower circuit. This is due to the fact that the source follower circuit generally operates at high speed. On the other hand, the timing generation circuit 13 includes an oscillation circuit that oscillates based on the first reference voltage Vr1. Generally, since it takes several milliseconds or more to start oscillation of the oscillation circuit, the timing signals S31 and S32 are output later than the limit means 60 starts a predetermined operation. Thereby, since the limit operation precedes the operation of the step-down circuit 10, the above operation is guaranteed.

次に、蓄電手段20への充電が進み、蓄電手段20の端子電圧が1.0Vを僅かに上回るまで上昇した場合について説明する。   Next, a case will be described in which charging of the power storage means 20 has progressed and the terminal voltage of the power storage means 20 has risen until it slightly exceeds 1.0V.

リミット手段60中のPMOS素子61のドレイン端子は約1.0Vを僅かに上回る電圧となるが、PMOS素子61のゲート端子は第1の参照電圧Vr1が印加されたままである。第1の参照電圧Vr1は約0.5Vであるので、リミット手段60の電位関係は |VGS|>|VDS| となる。この電位関係においては、PMOS素子61はソースフォロワ動作を維持せず、単に導通したMOSスイッチとして動作する。このため、降圧回路10の出力端子の電圧は蓄電手段20の端子電圧に引かれ、ほぼ蓄電手段20の端子電圧と等しい電圧となる(図6の時刻t3)。   The drain terminal of the PMOS element 61 in the limit means 60 has a voltage slightly higher than about 1.0 V, but the gate terminal of the PMOS element 61 remains applied with the first reference voltage Vr1. Since the first reference voltage Vr1 is about 0.5V, the potential relationship of the limit means 60 is | VGS |> | VDS |. In this potential relationship, the PMOS element 61 does not maintain the source follower operation, but simply operates as a conducting MOS switch. For this reason, the voltage at the output terminal of the step-down circuit 10 is pulled by the terminal voltage of the power storage means 20, and becomes substantially equal to the terminal voltage of the power storage means 20 (time t3 in FIG. 6).

降圧回路10が降圧動作をすることにより、降圧回路10の入力電圧は、上記と同様に降圧回路10の出力端子電圧の6倍の電圧が現れるようになる。すなわちこのときは、降圧回路10の入力端子には 6×1.0V=6V よりも高い電圧が現れる。この電圧も降圧回路10の制御に必要な参照電圧生成回路30や、タイミング生成回路13の最低動作可能電圧である5Vに比べて十分に高いため、降圧回路10は蓄電手段20の端子電圧が上昇しても安定して動作を継続することができる。さらに蓄電手段20の充電が進んだ場合も同様であり、例えば蓄電手段20の端子電圧が1.5Vとなったときは、降圧回路10の入力端子には 6×1.5V=9V が現れる。   When the step-down circuit 10 performs a step-down operation, the input voltage of the step-down circuit 10 appears six times as high as the output terminal voltage of the step-down circuit 10 as described above. That is, at this time, a voltage higher than 6 × 1.0 V = 6 V appears at the input terminal of the step-down circuit 10. Since this voltage is also sufficiently higher than the reference voltage generation circuit 30 necessary for controlling the step-down circuit 10 and the minimum operable voltage of the timing generation circuit 13, the step-down circuit 10 increases the terminal voltage of the storage means 20. Even so, the operation can be continued stably. The same applies to the case where the charging of the power storage means 20 further proceeds. For example, when the terminal voltage of the power storage means 20 becomes 1.5 V, 6 × 1.5 V = 9 V appears at the input terminal of the step-down circuit 10.

最後に、発電手段40の発電が停止した場合について説明する。
発電手段40の発電が停止すると、降圧回路10は蓄電手段20への電流供給ができなくなり、さらにタイミング生成回路13や参照電圧生成回路30も動作を維持できなくなり、タイミング信号S31、S32は停止する(図6の時刻t4)。しかしながら、リミット手段60中のダイオード62が蓄電手段20からの放電を禁止する方向に接続している
ため、蓄電手段20に蓄えられた電荷が逆流することはなく、一度充電された電力が無駄に外部に放電されることはない。
Finally, a case where power generation by the power generation means 40 is stopped will be described.
When the power generation of the power generation means 40 is stopped, the step-down circuit 10 cannot supply current to the power storage means 20, and the timing generation circuit 13 and the reference voltage generation circuit 30 cannot maintain operation, and the timing signals S31 and S32 stop. (Time t4 in FIG. 6). However, since the diode 62 in the limit means 60 is connected in a direction prohibiting discharge from the power storage means 20, the charge stored in the power storage means 20 does not flow backward, and the power once charged is wasted. There is no external discharge.

すなわち、本発明によれば、蓄電手段20の充電状態が空になっても、降圧手段100は正しく起動し、かつ蓄電手段20への充電動作を継続的に行うことが可能となる。   That is, according to the present invention, even when the charging state of the power storage unit 20 becomes empty, the voltage step-down unit 100 can be correctly started and the charging operation to the power storage unit 20 can be continuously performed.

上記の例では、リミット手段60の動作が即座に開始するとしているが、降圧回路10が動作を開始する時間を、リミット手段60が動作を開始するよりもさらに相対的に遅らせる目的で、第1の参照電圧Vr1を適当な時定数を有する遅延回路を介した後にタイミング生成回路13へ接続してもよい。   In the above example, it is assumed that the operation of the limit unit 60 starts immediately. However, for the purpose of delaying the time for the step-down circuit 10 to start the operation relatively further than the limit unit 60 starts the operation, the first step is performed. The reference voltage Vr1 may be connected to the timing generation circuit 13 via a delay circuit having an appropriate time constant.

また上記に示した例では、リミット手段60の逆流防止をダイオード62によって行う構成としたが、MOS素子とOPアンプによる能動型の理想ダイオードに置き換えてもよい。このときの構成の例を図5に示す。   In the example shown above, the backflow prevention of the limit means 60 is performed by the diode 62, but it may be replaced with an active ideal diode by a MOS element and an OP amplifier. An example of the configuration at this time is shown in FIG.

この例はすなわち、ダイオード62の代わりに、OPアンプ64とNMOS素子によるスイッチ63とを用いて整流作用を実現する構成である。スイッチ63は、ソースおよびドレイン端子がそれぞれダイオード62のカソードおよびアノード端子に対応するような結線とする。スイッチ63のゲート端子はOPアンプ64の出力で駆動する。OPアンプ64の非反転入力端子(+)を降圧回路10の出力端子へ接続し、反転入力端子(−)を蓄電手段20の正極へ接続する。   That is, in this example, a rectifying function is realized by using an OP amplifier 64 and a switch 63 by an NMOS element instead of the diode 62. The switch 63 is connected so that the source and drain terminals correspond to the cathode and anode terminals of the diode 62, respectively. The gate terminal of the switch 63 is driven by the output of the OP amplifier 64. The non-inverting input terminal (+) of the OP amplifier 64 is connected to the output terminal of the step-down circuit 10, and the inverting input terminal (−) is connected to the positive electrode of the power storage means 20.

図5に示したリミット手段60の動作について簡単に説明する。OPアンプ64は降圧回路10の出力端子電圧と蓄電手段20の端子電圧VBTとの差電圧をモニターし、差が正であれば降圧回路10から蓄電手段20とが順方向バイアスであると判定し、スイッチ63を導通させる。また、これとは逆に降圧回路10の出力端子電圧と蓄電手段20の端子電圧VBTとの差電圧が負であるときは逆バイアスであると判定し、スイッチ63を非導通とするように動作する。この例では、検流抵抗を別途用いることなく、スイッチ63とPMOS素子61の抵抗成分を検流抵抗として機能させることで、バイアスの順逆判定を実現できるという効果も有している。   The operation of the limit means 60 shown in FIG. 5 will be briefly described. The OP amplifier 64 monitors the difference voltage between the output terminal voltage of the step-down circuit 10 and the terminal voltage VBT of the storage means 20, and if the difference is positive, it determines that the storage means 20 from the step-down circuit 10 is forward biased. The switch 63 is turned on. On the contrary, when the voltage difference between the output terminal voltage of the step-down circuit 10 and the terminal voltage VBT of the storage means 20 is negative, it is determined that the reverse bias is applied, and the switch 63 is turned off. To do. In this example, the forward / reverse determination of the bias can be realized by using the resistance component of the switch 63 and the PMOS element 61 as the galvanic resistance without using the galvanic resistance separately.

図5に示したリミット手段60を用いたときの降圧充電システムの全体的な動作について簡単に説明する。   The overall operation of the step-down charging system when the limit means 60 shown in FIG. 5 is used will be briefly described.

発電手段40が発電を開始し、整流手段50から整流された電流により参照電圧生成回路30が動作を開始したのちに降圧回路10が前述の降圧動作を開始すると、降圧回路10の出力端子から蓄電手段20へは順方向バイアスとなる。よってリミット手段60は導通状態となり、蓄電手段20への充電がなされる。発電手段40が非発電となった場合は逆バイアスとなるため、リミット手段60は非導通となり、蓄電手段20からの放電が防止される。   When the step-down circuit 10 starts the above-described step-down operation after the power generation unit 40 starts power generation and the reference voltage generation circuit 30 starts operating with the current rectified from the rectification unit 50, the power is stored from the output terminal of the step-down circuit 10. The means 20 is forward biased. Therefore, the limit means 60 becomes conductive and the power storage means 20 is charged. When the power generation means 40 becomes non-power generation, it becomes a reverse bias, so that the limit means 60 becomes non-conductive and discharge from the power storage means 20 is prevented.

特に、PMOS素子61により、上述したような降圧回路10の出力端子電圧を所定値以上に制御するというリミット動作の機能は同様に得られる。   In particular, the function of the limit operation of controlling the output terminal voltage of the step-down circuit 10 as described above to a predetermined value or more by the PMOS element 61 is obtained similarly.

図5に示した理想ダイオードによれば、リミット動作による効果はそのままで、かつダイオードを使った場合に生じる順方向電圧がなくなるため損失が減り、充電効率が向上するといった効果が得られる。   According to the ideal diode shown in FIG. 5, the effect of the limit operation is maintained, and the forward voltage generated when the diode is used is eliminated, so that the loss is reduced and the charging efficiency is improved.

[第2の実施形態の説明:図8、9、図11、12 ]
続いて、図8、9および図11、12を用いて、本発明の第2の実施形態である降圧充
電システムについて説明する。この降圧充電システムの例は、タイミング生成回路など、比較的消費電力の高い制御系回路での消費電力を削減する目的で、降圧回路の中間出力をタイミング生成回路の定常時動作電源として用いる例である。
[Explanation of Second Embodiment: FIGS. 8, 9, 11, 12]
Subsequently, the step-down charging system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example of a step-down charging system is an example in which the intermediate output of a step-down circuit is used as a steady-state operation power source of a timing generation circuit in order to reduce power consumption in a control system circuit with relatively high power consumption such as a timing generation circuit. is there.

特にこの例は、タイミング生成回路の動作電源を供給するために2つの電源回路を用い、かつシステムの状態についての能動的な検出を行わずにこの2つの電源回路を切り替える例である。   In particular, this example is an example in which two power supply circuits are used to supply operation power for the timing generation circuit, and the two power supply circuits are switched without active detection of the system state.

[第2の実施形態の構成説明:図8、9]
第2の実施形態の全体構成について図8を用いて説明し、続いて電源回路の詳細について図9を用いて説明する。一部の説明で補足的に図3を用いる。
[Configuration of Second Embodiment: FIGS. 8 and 9]
The overall configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG. 8, and then the details of the power supply circuit will be described with reference to FIG. FIG. 3 is used supplementarily in some explanations.

この第2の実施形態である降圧充電システムの構成のうち、前述の第1の実施形態の降圧充電システムと異なる点および追加された構成要素について主に説明する。   Of the configuration of the step-down charging system according to the second embodiment, differences from the step-down charging system of the first embodiment described above and added components will be mainly described.

この例では、前述の第1の実施形態と同じ構成が含まれるため、それらについて同一の符号を付与している。この例では、タイミング生成回路13については動作可能な最低電圧を1.5Vまで低電圧化したものを使用することとする。また、参照電圧生成回路30'の構成として、複数の参照電圧を出力するものとしている。   In this example, since the same configuration as that of the first embodiment is included, the same reference numerals are given thereto. In this example, for the timing generation circuit 13, the minimum operable voltage is lowered to 1.5V. Further, the reference voltage generating circuit 30 ′ is configured to output a plurality of reference voltages.

さらに、この実施形態の降圧手段100は、第1の電源回路71と、第2の電源回路72の2つの電源回路を備えているのが特徴である。   Further, the step-down means 100 of this embodiment is characterized by including two power supply circuits, a first power supply circuit 71 and a second power supply circuit 72.

第1の電源回路71は、少なくとも電流ソース能力のある定電圧回路として機能する回路である。第1の電源回路71には、参照電圧生成回路30'から得られる第2の参照電圧Vr2を接続している。   The first power supply circuit 71 is a circuit that functions as a constant voltage circuit having at least a current source capability. A second reference voltage Vr2 obtained from the reference voltage generation circuit 30 ′ is connected to the first power supply circuit 71.

第2の電源回路72も、少なくとも電流ソース能力のある定電圧回路として機能する。第1の電源回路71には、参照電圧生成回路30'から得られる第3の参照電圧Vr3を接続している。これらの電源回路の構成については後述する。   The second power supply circuit 72 also functions as a constant voltage circuit having at least a current source capability. A third reference voltage Vr3 obtained from the reference voltage generation circuit 30 ′ is connected to the first power supply circuit 71. The configuration of these power supply circuits will be described later.

参照電圧生成回路30'の構成としては、第1の実施形態の参照電圧生成回路30とほぼ同様であるが、参照電圧を複数出力可能となっている。参照電圧生成回路30'は、PMOS素子35からNMOS素子34への間に、ダイオード接続した複数のMOS素子36〜39を直列化することで、そのドレイン端子から異なる電圧を簡易的に出力可能としている。   The configuration of the reference voltage generation circuit 30 ′ is substantially the same as that of the reference voltage generation circuit 30 of the first embodiment, but a plurality of reference voltages can be output. The reference voltage generation circuit 30 ′ can easily output different voltages from its drain terminal by serializing a plurality of diode-connected MOS elements 36 to 39 between the PMOS element 35 and the NMOS element 34. Yes.

ここでは、第2の参照電圧Vr2の電圧値は2.0Vであるとする。また、第3の参照電圧Vr3の電圧値は2.5Vであるとする。   Here, it is assumed that the voltage value of the second reference voltage Vr2 is 2.0V. The voltage value of the third reference voltage Vr3 is 2.5V.

なお、降圧回路10の中間出力Vmは、図3における第1の降圧ブロック11の第1の降圧段110Aの出力である。   Note that the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is the output of the first step-down stage 110A of the first step-down block 11 in FIG.

ここで図9を用いて、電源回路の構成について説明する。この例では、最も簡素なソースフォロワ回路による定電圧回路を用いる。   Here, the configuration of the power supply circuit will be described with reference to FIG. In this example, a constant voltage circuit using the simplest source follower circuit is used.

図9に示したように、第1の電源回路71は1つのNMOS素子71Aで構成し、このドレイン端子を降圧回路10の降圧入力端子101に接続し、ソース端子をタイミング生成回路13の電源端子としている。ゲート端子には第2の参照電圧Vr2を接続している。   As shown in FIG. 9, the first power supply circuit 71 is composed of one NMOS element 71A, and its drain terminal is connected to the step-down input terminal 101 of the step-down circuit 10, and the source terminal is the power supply terminal of the timing generation circuit 13. It is said. A second reference voltage Vr2 is connected to the gate terminal.

この結線によりNMOS素子71Aはソースフォロワ回路として動作する。よって第1の電源回路71の出力電圧は、第2の参照電圧Vr2の電圧値である2.0VからNMOS素子71Aのしきい値電圧である0.5Vを減じた約1.5Vとなる。   With this connection, the NMOS element 71A operates as a source follower circuit. Therefore, the output voltage of the first power supply circuit 71 is approximately 1.5 V obtained by subtracting 0.5 V, which is the threshold voltage of the NMOS element 71A, from 2.0 V, which is the voltage value of the second reference voltage Vr2.

第2の電源回路72は、NMOS素子72AとNMOS素子72Bとを直列に接続した回路である。NMOS素子72Aはいわゆるダイオード接続としている。またそのNMOS素子72Aのドレイン端子には降圧回路10の中間出力Vmに接続し、NMOS素子72Bのゲート端子には第3の参照電圧Vr3を接続し、ソース端子をタイミング生成回路13の電源端子としている。   The second power supply circuit 72 is a circuit in which an NMOS element 72A and an NMOS element 72B are connected in series. The NMOS element 72A has a so-called diode connection. The drain terminal of the NMOS element 72A is connected to the intermediate output Vm of the step-down circuit 10, the gate terminal of the NMOS element 72B is connected to the third reference voltage Vr3, and the source terminal is used as the power supply terminal of the timing generation circuit 13. Yes.

この結線によりNMOS素子72Bもソースフォロワ回路として動作する。よって第2の電源回路72の出力電圧は、第3の参照電圧Vr3の電圧値である2.5VからNMOS素子71Bのしきい値電圧である0.5Vを減じた約2.0Vとなる。   With this connection, the NMOS element 72B also operates as a source follower circuit. Therefore, the output voltage of the second power supply circuit 72 is approximately 2.0 V, which is obtained by subtracting 0.5 V, which is the threshold voltage of the NMOS element 71B, from 2.5 V, which is the voltage value of the third reference voltage Vr3.

ただし、第2の電源回路72が所望の回路動作を行うようになるためには、中間出力Vm約2.5Vを越える電圧まで上昇する必要がある。これは、NMOS素子72BにはNMOS素子72Aを直列に接続しているため、NMOS素子72Aが導通状態となるためにはしきい値電圧に相当する0.5Vがさらに必要なためである。反対に、降圧回路10の中間出力Vmが2.5Vよりも低い状態では、NMOS素子72Aは逆バイアスとなるため非導通となる。   However, in order for the second power supply circuit 72 to perform a desired circuit operation, it is necessary to increase the intermediate output Vm to a voltage exceeding about 2.5V. This is because since the NMOS element 72A is connected in series to the NMOS element 72B, 0.5V corresponding to the threshold voltage is further required in order for the NMOS element 72A to become conductive. On the other hand, in the state where the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is lower than 2.5V, the NMOS element 72A is reverse-biased and thus becomes non-conductive.

[第2の実施形態の動作説明:図8、図9、図11、図12]
次に、第2の実施形態の降圧充電システムの動作について説明する。
[Description of Operation of Second Embodiment: FIGS. 8, 9, 11, and 12]
Next, the operation of the step-down charging system according to the second embodiment will be described.

まず、蓄電手段20の端子電圧が低いときの動作について説明する。   First, the operation when the terminal voltage of the power storage means 20 is low will be described.

発電手段40が発電を開始すると、参照電圧生成回路30'が起動し、所定の参照電圧が出力される。また、リミット手段60も即座に動作を開始する(図11の時刻t1)。   When the power generation means 40 starts power generation, the reference voltage generation circuit 30 ′ is activated and a predetermined reference voltage is output. Further, the limit means 60 immediately starts to operate (time t1 in FIG. 11).

降圧回路10が動作を開始していない期間は、降圧回路10中のキャパシタは放電した状態であるため、中間出力Vmはほとんど接地電位である。するとNMOS素子72Aは逆バイアスとなるため、第2の電源回路72は非導通となる。   During the period when the step-down circuit 10 does not start operation, the capacitor in the step-down circuit 10 is in a discharged state, so the intermediate output Vm is almost at the ground potential. Then, since the NMOS element 72A is reverse-biased, the second power supply circuit 72 becomes non-conductive.

一方、第1の電源回路71には所定値の第2の参照電圧Vr2が印加され、さらに第1の参照電圧Vr1がタイミング生成回路13に印加されるため、タイミング生成回路13は所定の動作を開始し、第1および第2のタイミング信号S31、S32の出力を開始する(図11の時刻t2)。   On the other hand, since the second reference voltage Vr2 having a predetermined value is applied to the first power supply circuit 71 and the first reference voltage Vr1 is further applied to the timing generation circuit 13, the timing generation circuit 13 performs a predetermined operation. The output of the first and second timing signals S31 and S32 is started (time t2 in FIG. 11).

特に第1の電源回路71の動作により、タイミング生成回路13へ供給される電圧は約1.5Vとなる。   In particular, due to the operation of the first power supply circuit 71, the voltage supplied to the timing generation circuit 13 is about 1.5V.

タイミング生成回路13が第1および第2のタイミング信号S31、S32を出力すると、降圧回路10は降圧動作を開始する。このとき、蓄電手段20がほぼ放電してしまっていて蓄電電圧VBTが低いときは、リミット手段60のリミット動作により降圧回路10の出力端子は1.0Vに固定される。また第2の降圧段の降圧倍率は3倍であった。よって降圧回路10の中間出力Vmには、Vm=1.0V×3=3.0V の電圧が現れる(図11の時刻t3)。   When the timing generation circuit 13 outputs the first and second timing signals S31 and S32, the step-down circuit 10 starts a step-down operation. At this time, when the storage means 20 is almost discharged and the storage voltage VBT is low, the output terminal of the step-down circuit 10 is fixed at 1.0 V by the limit operation of the limit means 60. The step-down magnification of the second step-down stage was three times. Therefore, a voltage of Vm = 1.0V × 3 = 3.0V appears in the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 (time t3 in FIG. 11).

降圧回路10の中間出力Vmが3.0Vであれば、第2の電源回路72にはすでに第3の参照電圧Vr3が印加されているため、第2の電源回路72は導通状態になる。   If the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is 3.0V, since the third reference voltage Vr3 has already been applied to the second power supply circuit 72, the second power supply circuit 72 becomes conductive.

これにより、タイミング生成回路13には、第3の参照電圧Vr3の電圧値からNMOS素子72Bのしきい値電圧分を減じた約2.0Vが電源電圧として印加され、降圧回路10の中間出力Vmから電源供給がなされるようになる。 一方、第1の電源回路71は非導通状態となり、第1の電源回路71には電流が流れなくなる。これは次の理由による。   As a result, about 2.0 V obtained by subtracting the threshold voltage of the NMOS element 72B from the voltage value of the third reference voltage Vr3 is applied to the timing generation circuit 13 as the power supply voltage, and the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is applied. The power is supplied from. On the other hand, the first power supply circuit 71 is turned off, and no current flows through the first power supply circuit 71. This is due to the following reason.

発電手段40の発電開始直後は、第1の電源回路71はソースフォロワ動作可能な電位関係にあったため、タイミング生成回路13の電源電圧は1.5Vとすることができた。しかしながら、第2の電源回路72によって第1の電源回路71のNMOS素子71Aのソース端子の電位が引き上げられると、第1の電源回路71にはシンク能力がないためこれを引き戻すことはできない。この結果、第1の電源回路71であるNMOS素子71Aのゲート‐ソース間電圧がそのしきい値電圧よりも減少してしまい、結果的に第1の電源回路71は非導通となるためである。   Immediately after the start of power generation by the power generation means 40, the first power supply circuit 71 was in a potential relationship enabling a source follower operation, so that the power supply voltage of the timing generation circuit 13 could be 1.5V. However, when the potential of the source terminal of the NMOS element 71A of the first power supply circuit 71 is raised by the second power supply circuit 72, the first power supply circuit 71 does not have a sink capability, and therefore cannot be pulled back. As a result, the gate-source voltage of the NMOS element 71A which is the first power supply circuit 71 is reduced below the threshold voltage, and as a result, the first power supply circuit 71 becomes non-conductive. .

すなわち、タイミング生成回路13が動作するための電力供給源は、発電開始直後は降圧回路10の降圧入力(整流手段50出力)の系統であるが、降圧回路10が動作し定常状態となれば降圧回路10の中間出力Vmの系統に自動的に切り替わる。この制御には電圧計測などの複雑でかつ電力消費を伴う回路を必要としていないことは明らかである。   That is, the power supply source for operating the timing generation circuit 13 is the system of the step-down input (rectifier 50 output) of the step-down circuit 10 immediately after the start of power generation, but the step-down circuit 10 operates when the step-down circuit 10 operates and enters a steady state. The system automatically switches to the system of the intermediate output Vm of the circuit 10. Obviously, this control does not require complicated and power consuming circuits such as voltage measurement.

次に、蓄電手段20の端子電圧が高いときの動作について説明する。   Next, an operation when the terminal voltage of the power storage unit 20 is high will be described.

蓄電手段20の充電が進んだ状態であり、仮に蓄電電圧VBTが1.5Vであるようなときに発電手段40が発電を開始すると(図11の時刻t4)、上記と同様の起動動作により参照電圧生成回路30'は動作を開始するが(図11の時刻t3)、このときはリミット手段60のリミット動作は停止するため、降圧回路10が降圧動作を開始すると、出力端子は蓄電電圧VBTがそのまま現れる。このときは中間出力Vmには、Vm=1.5V×3=4.5V の電圧が現れる。   When the power generation means 40 starts power generation when the power storage means 20 has been charged and the power storage voltage VBT is 1.5 V (time t4 in FIG. 11), reference is made by the same starting operation as described above. Although the voltage generation circuit 30 ′ starts operating (time t3 in FIG. 11), the limit operation of the limit means 60 is stopped at this time. Therefore, when the step-down circuit 10 starts the step-down operation, the output terminal receives the stored voltage VBT. It appears as it is. At this time, a voltage of Vm = 1.5V × 3 = 4.5V appears in the intermediate output Vm.

中間出力Vmは十分高い電圧となり、第2の電源回路72にはすでに第3の参照電圧Vr3が印加されているため、第2の電源回路72のうちNMOS素子72Aはソースフォロワ動作となる。   The intermediate output Vm becomes a sufficiently high voltage, and the third reference voltage Vr3 has already been applied to the second power supply circuit 72, so that the NMOS element 72A in the second power supply circuit 72 performs a source follower operation.

これにより、タイミング生成回路13には、第3の参照電圧Vr3の電圧値からNMOS素子72Aのしきい値電圧を減じた約2.0Vの電圧が印加され、中間出力Vmから電源供給がなされるようになる(図11の時刻t6)。   As a result, a voltage of about 2.0 V obtained by subtracting the threshold voltage of the NMOS element 72A from the voltage value of the third reference voltage Vr3 is applied to the timing generation circuit 13, and power is supplied from the intermediate output Vm. (Time t6 in FIG. 11).

一方、このときもまた、第1の電源回路71は非導通状態となり、タイミング生成回路13が動作するための電力供給源は、定常時には降圧回路10の中間出力Vmの系統に自動的に切り替わる。   On the other hand, also at this time, the first power supply circuit 71 becomes non-conductive, and the power supply source for operating the timing generation circuit 13 is automatically switched to the system of the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 in a steady state.

ここで、タイミング生成回路13を動作させるのに必要な電力について注目すると、降圧充電システムとしてみたときは、第1の実施形態と比べて1/2の消費電力となっている。これについて図12を用いて簡単に説明する。   Here, paying attention to the power required to operate the timing generation circuit 13, when viewed as a step-down charging system, the power consumption is ½ compared to the first embodiment. This will be briefly described with reference to FIG.

降圧回路10は、高効率での降圧がなされるのは先の実施形態で示したとおりである。例えば、第1の降圧ブロック11に注目すれば、第1の降圧段110Aに入力される電力と出力される電力は等しく損失は無視できるレベルである。   The step-down circuit 10 performs step-down with high efficiency as described in the previous embodiment. For example, when paying attention to the first step-down block 11, the power input to the first step-down stage 110A and the output power are equal and the loss is negligible.

言い換えれば、第1の降圧段110Aの入力側に印加される電圧および流れ込む電流との積と、出力側の電圧および流れ出す電流の積とは等しい。特に第1の降圧段110Aの
降圧倍率は2であるので、第1の降圧段110Aの出力側の電圧は入力側電圧の1/2であるが、流れ出す電流は流れ込む電流の2倍となる。
In other words, the product of the voltage applied to the input side of the first step-down stage 110A and the flowing current is equal to the product of the output voltage and the flowing current. In particular, since the step-down magnification of the first step-down stage 110A is 2, the output-side voltage of the first step-down stage 110A is ½ of the input-side voltage, but the flowing out current is twice the flowing-in current.

この流れ出す電流の一部がタイミング生成回路13に供給され消費されることになるが、この電流量は、降圧回路10の入力電流に換算すると1/2に圧縮されてしまう。   A part of the flowing out current is supplied to the timing generation circuit 13 and consumed, but this amount of current is compressed to 1/2 when converted into the input current of the step-down circuit 10.

タイミング生成回路13は、第1の参照電圧Vr1により定電流バイアスされることで動作電流が一定(Iosc)に制御されているとすれば、図12(b)に示したように、この分の電流を降圧手段10の入力端子101に流れ込む負荷電流に換算するとIosc/2となる。これと負荷電圧VLとの積がタイミング生成回路13を動作させるために実質的に消費する電力に相当するので、この換算電力はVL・Iosc/2となる。   If the operating current is controlled to be constant (Iosc) by being biased at a constant current by the first reference voltage Vr1, the timing generation circuit 13 is equivalent to this amount as shown in FIG. When the current is converted into a load current flowing into the input terminal 101 of the step-down means 10, Iosc / 2 is obtained. Since the product of this and the load voltage VL substantially corresponds to the power consumed to operate the timing generation circuit 13, this converted power is VL · Iosc / 2.

一方、第1の実施形態では、タイミング生成回路13はこの降圧回路10の入力側で直接電源供給していた。このため、図12(a)に示したように、タイミング生成回路13の動作電流Ioscは降圧手段10の入力端子101に流れ込む負荷電流とに換算しても同じである。よって実質的に消費する電力はVL・Ioscとなる。これと前述の換算電力とを比較すれば明らかであるが、この第2の実施形態におけるタイミング生成回路13を動作させるための実質的な消費電力は、第1の実施形態の1/2となる。   On the other hand, in the first embodiment, the timing generation circuit 13 supplies power directly on the input side of the step-down circuit 10. For this reason, as shown in FIG. 12A, the operation current Iosc of the timing generation circuit 13 is the same even if converted into the load current flowing into the input terminal 101 of the step-down means 10. Therefore, the power consumed substantially is VL · Iosc. As is apparent from a comparison between this and the above-described converted power, the substantial power consumption for operating the timing generation circuit 13 in the second embodiment is ½ that of the first embodiment. .

すなわち、この第2の実施形態においては、第1の実施形態が持つ機能に加えて、さらにシステム自身の消費電力を抑えることが可能となり、その分だけ蓄電手段20の充電量を増やすことで充電効率を高められる効果があることが分かる。   In other words, in the second embodiment, in addition to the functions of the first embodiment, the power consumption of the system itself can be further suppressed, and charging is performed by increasing the charge amount of the power storage means 20 accordingly. It turns out that there exists an effect which can raise efficiency.

以上に説明したように、この第2の実施形態では、タイミング生成回路の動作電源の供給系統として2つの電源回路を用い、かつシステムの状態についての能動的な検出を行わずにこの2つの電源回路の切り替えるようにした。システムとしてはやや複雑になるが、システムの状態についての能動的な検出を行ってもよい。そのような例について次に説明する。   As described above, in the second embodiment, two power supply circuits are used as the operation power supply system of the timing generation circuit, and the two power supplies are not detected without actively detecting the system state. The circuit was switched. Although it is somewhat complicated as a system, active detection of the state of the system may be performed. Such an example will be described next.

[第3の実施形態:図10]
図10を用いて、本発明の第3の実施形態である降圧充電システムについて説明する。この降圧充電システムの例も、タイミング生成回路などの制御系回路での消費電力を削減する目的で、降圧回路の中間出力をタイミング生成回路の動作電源として用いる例である。
[Third Embodiment: FIG. 10]
A step-down charging system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This example of the step-down charging system is also an example in which the intermediate output of the step-down circuit is used as an operation power source of the timing generation circuit for the purpose of reducing power consumption in a control system circuit such as a timing generation circuit.

特にこの例では、タイミング生成回路の動作電源を供給するために1つの電源回路を用い、かつシステムの状態について能動的に検出を行い、タイミング生成回路への電源供給系統を切り替える例である。   In particular, this example is an example in which one power supply circuit is used to supply operating power to the timing generation circuit, and the state of the system is actively detected to switch the power supply system to the timing generation circuit.

この第3の実施形態の構成および動作について、図10を用いてごく簡単に説明する。   The configuration and operation of the third embodiment will be described briefly with reference to FIG.

この第3の実施形態である降圧充電システムの構成のうち、前述の第2の実施形態の降圧充電システムと異なる点および追加された構成要素について主に説明する。   Of the configuration of the step-down charging system according to the third embodiment, differences from the step-down charging system of the second embodiment and added components will be mainly described.

この例は、前述の第2の実施形態と同じ構成が含まれるため、それらについては同一の符号を付与している。   Since this example includes the same configuration as that of the above-described second embodiment, the same reference numerals are given thereto.

[第3の実施形態の構成説明:図10]
参照電圧生成回路30''は第2の実施形態における参照電圧生成回路30'とほぼ同様の構成である。参照電圧生成回路30''からは3つの電圧を出力するが、第1の参照電圧
Vr1と第2の参照電圧Vr2の他に、第4の参照電圧Vr4を出力するものとする。第4の参照電圧Vr4は、前述のリミット手段60のリミット電圧1.0Vの3倍より若干低い約2.5Vとする。この3倍という係数は、第2の降圧段110Bの降圧倍率である。
[Description of Configuration of Third Embodiment: FIG. 10]
The reference voltage generation circuit 30 ″ has substantially the same configuration as the reference voltage generation circuit 30 ′ in the second embodiment. The reference voltage generation circuit 30 ″ outputs three voltages, and outputs a fourth reference voltage Vr4 in addition to the first reference voltage Vr1 and the second reference voltage Vr2. The fourth reference voltage Vr4 is set to about 2.5V, which is slightly lower than three times the limit voltage 1.0V of the limit means 60 described above. The factor of 3 is the step-down magnification of the second step-down stage 110B.

また、第3の電源回路73と、比較回路74と、スイッチ回路75とを備えているのが特徴である。   Further, the third power supply circuit 73, the comparison circuit 74, and the switch circuit 75 are provided.

第3の電源回路73は、第2の電源回路72と同じ機能を備えた回路であり、ソースフォロワ回路として1.5Vの定電圧出力を行うものである。   The third power supply circuit 73 is a circuit having the same function as the second power supply circuit 72, and outputs a constant voltage of 1.5V as a source follower circuit.

比較回路74は低電力のコンパレータであり、比較回路74により第4の参照電圧Vr4と降圧回路10の中間出力Vmとを入力し、これらの電圧値の比較が可能なようにしている。   The comparison circuit 74 is a low power comparator, and the comparison circuit 74 inputs the fourth reference voltage Vr4 and the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 so that these voltage values can be compared.

スイッチ回路75は、降圧回路10の降圧入力端子101と、降圧回路10の中間出力Vmとの2つの系統から1つを選択可能な、周知のアナログスイッチ回路である。スイッチ回路75が選択した電源系統を、第3の電源回路73を介してタイミング生成回路13へ電源供給可能なように構成している。   The switch circuit 75 is a well-known analog switch circuit that can select one from two systems of the step-down input terminal 101 of the step-down circuit 10 and the intermediate output Vm of the step-down circuit 10. The power supply system selected by the switch circuit 75 is configured to be able to supply power to the timing generation circuit 13 via the third power supply circuit 73.

スイッチ回路の選択動作は比較回路74の比較結果によってなされ、第4の参照電圧Vr4よりも降圧回路10の中間出力Vmが高いときに降圧回路10の中間出力Vmの系統を選択し、そうでない期間は降圧回路10の降圧入力の系統を選択可能な構成としている。   The selection operation of the switch circuit is performed based on the comparison result of the comparison circuit 74, and when the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is higher than the fourth reference voltage Vr4, the system of the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is selected. Is configured such that a step-down input system of the step-down circuit 10 can be selected.

[第3の実施形態の動作説明:図10]
次に、第3の実施形態の降圧充電システムの動作についてごく簡単に説明する。
[Description of Operation of Third Embodiment: FIG. 10]
Next, the operation of the step-down charging system according to the third embodiment will be described briefly.

発電手段40が発電を開始すると、参照電圧生成回路30''およびリミット手段60が動作を開始する。降圧回路10は動作を開始する前は降圧回路10の中間出力Vmはほとんど接地電位であり、比較回路74はこれを検知し、タイミング生成回路13への電源供給系統が降圧回路10の入力側となるようにスイッチ回路75を切り替える。タイミング生成回路13には、第3の電源回路73によって2.0Vが印加される。   When the power generation means 40 starts power generation, the reference voltage generation circuit 30 ″ and the limit means 60 start to operate. Before the step-down circuit 10 starts its operation, the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is almost at ground potential, and the comparison circuit 74 detects this, and the power supply system to the timing generation circuit 13 is connected to the input side of the step-down circuit 10. The switch circuit 75 is switched so that 2.0 V is applied to the timing generation circuit 13 by the third power supply circuit 73.

その後に、降圧回路10が動作を開始し、蓄電手段20への充電が行われる。リミット手段60のリミット電圧は1.0Vであり、降圧回路10の中間出力Vmの電圧は3.0Vよりも必ず高くなる。この電圧は第4の参照電圧Vr4の電圧値である2.5Vよりも高いため、比較回路74がこれを検知し、タイミング生成回路13への電源供給系統を降圧回路10の中間出力Vm側となるようにスイッチ75を切り替える。   Thereafter, the step-down circuit 10 starts operating, and the power storage means 20 is charged. The limit voltage of the limit means 60 is 1.0V, and the voltage of the intermediate output Vm of the step-down circuit 10 is always higher than 3.0V. Since this voltage is higher than 2.5 V, which is the voltage value of the fourth reference voltage Vr4, the comparison circuit 74 detects this, and the power supply system to the timing generation circuit 13 is connected to the intermediate output Vm side of the step-down circuit 10. The switch 75 is switched as follows.

この切り替え動作は、蓄電手段20の端子電圧によらず同様である。この第3の実施形態においても、第2の実施形態が持つのと同様に、システム自身の消費電力を抑えることが可能となり、その分だけ蓄電手段20の充電量を増やすことで効率を高められる効果があることが分かる。   This switching operation is the same regardless of the terminal voltage of the power storage means 20. In the third embodiment, similarly to the second embodiment, the power consumption of the system itself can be suppressed, and the efficiency can be increased by increasing the charge amount of the power storage unit 20 correspondingly. It turns out that there is an effect.

以上に説明したように、この第3の実施形態では、タイミング生成回路の動作電源の供給系統を、システムの状態についての能動的な検出を行うことで切り替えるようにした。電源供給系統の切り替えを受ける回路要素は、タイミング生成回路のみとしたが、この限りではない。システムの起動シーケンスへの影響がない範囲であれば、消費電力が比較的大きい回路要素を含めることで更なる効果が得られる。   As described above, in the third embodiment, the operation power supply system of the timing generation circuit is switched by actively detecting the system state. The circuit element that receives the switching of the power supply system is only the timing generation circuit, but is not limited thereto. As long as the start sequence of the system is not affected, a further effect can be obtained by including a circuit element with relatively large power consumption.

10 降圧回路
11 第1の降圧ブロック
12 第2の降圧ブロック
13 タイミング生成回路
14 可変抵抗素子
20 蓄電手段
30,30',30'' 参照電圧生成回路
40 発電手段
50 整流手段
60 リミット手段
61 PMOS素子
62 ダイオード
71 第1の電源回路
72 第2の電源回路
73 第3の電源回路
74 比較回路
75 スイッチ回路
100 降圧手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Voltage step-down circuit 11 1st voltage step-down block 12 2nd voltage step-down block 13 Timing generation circuit 14 Variable resistance element 20 Power storage means 30,30 ', 30''Reference voltage generation circuit 40 Power generation means 50 Rectification means 60 Limit means 61 PMOS element 62 Diode 71 First power circuit 72 Second power circuit 73 Third power circuit 74 Comparison circuit 75 Switch circuit 100 Step-down means

Claims (10)

高電圧を出力する発電手段(40)の発電出力を入力し、蓄電手段(20)に降圧充電するための降圧充電出力(102)を有する降圧充電システム(100)であって、
前記発電出力を降圧する降圧回路(10)と、
前記降圧回路(10)が降圧動作するためのタイミング信号を生成するタイミング生成回路(13)と、
前記 降圧回路(10)の出力と前記降圧充電出力(102)の間に設けられ、
前記降圧回路(10)の出力端子の電圧が、所定のリミット電圧を下回らないようにインピーダンスを連続的に変化させるリミット手段(60)と、を有することを特徴とする降圧充電システム。
A step-down charging system (100) having a step-down charging output (102) for inputting a power generation output of a power generation means (40) for outputting a high voltage and performing step-down charging to a power storage means (20),
A step-down circuit (10) for stepping down the power generation output;
A timing generation circuit (13) for generating a timing signal for the step-down circuit (10) to perform a step-down operation;
Provided between the output of the step-down circuit (10) and the step-down charge output (102);
A step-down charging system comprising: limit means (60) for continuously changing impedance so that the voltage at the output terminal of the step-down circuit (10) does not fall below a predetermined limit voltage.
前記リミット電圧に前記降圧回路(10)の降圧倍率を乗じた電圧値が、前記降圧回路(10)の最低動作可能電圧よりも高い
ことを特徴とする請求項1に記載の降圧充電システム。
2. The step-down charging system according to claim 1, wherein a voltage value obtained by multiplying the limit voltage by a step-down ratio of the step-down circuit is higher than a minimum operable voltage of the step-down circuit.
前記発電出力により所定の参照電圧を生成する参照電圧生成回路(30)を備え、前記リミット手段(60)は、前記参照電圧により前記リミット電圧を決定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の降圧充電システム。
The reference voltage generation circuit (30) for generating a predetermined reference voltage based on the power generation output is provided, and the limit means (60) determines the limit voltage based on the reference voltage. The step-down charging system described.
前記リミット手段(60)は、前記参照電圧によりゲート端子をバイアスしたMOSトランジスタ(61)によるソースフォロワ回路を備えた
ことを特徴とする請求項3に記載の降圧充電システム。
The step-down charging system according to claim 3, wherein the limit means (60) includes a source follower circuit including a MOS transistor (61) whose gate terminal is biased by the reference voltage.
前記タイミング生成回路(13)は、前記参照電圧が印加されることによって前記タイミング信号を生成し、
前記降圧回路(10)が降圧動作を開始するよりも早く、前記リミット手段(60)が動作を開始する
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の降圧充電システム。
The timing generation circuit (13) generates the timing signal by applying the reference voltage,
The step-down charging system according to claim 3 or 4, wherein the limit means (60) starts operating earlier than the step-down circuit (10) starts the step-down operation.
前記リミット手段(60)は、前記ソースフォロワ回路に直列に接続したスイッチ(63)と、前記蓄電手段(20)と前記降圧回路(10)の出力端子との間の電位差によって前記スイッチ(63)の導通状態を制御する回路(64)と、をさらに備えた
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の降圧充電システム。
The limit means (60) includes a switch (63) connected in series to the source follower circuit, and the switch (63) according to a potential difference between the power storage means (20) and the output terminal of the step-down circuit (10). 6. The step-down charging system according to claim 4 or 5, further comprising a circuit (64) for controlling a conduction state of the power supply.
前記タイミング生成回路(13)へ電源供給する系統として、
前記降圧回路(10)の入力(VL)を供給源とする第1の系統と、
前記降圧回路(10)の中間出力(Vm)を供給源とする第2の系統と、
を有し、
前記第1の系統と前記第2の系統を切り替えて前記タイミング生成回路(13)の電源とする
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の降圧充電システム。
As a system for supplying power to the timing generation circuit (13),
A first system using the input (VL) of the step-down circuit (10) as a supply source;
A second system using the intermediate output (Vm) of the step-down circuit (10) as a supply source;
Have
The step-down charging system according to any one of claims 1 to 6, wherein the first system and the second system are switched to serve as a power source for the timing generation circuit (13).
前記降圧回路(10)の中間出力の電圧値(Vm)が、
前記降圧回路(10)の中間出力から前記降圧回路(10)の出力までの降圧倍率に前記リミット電圧を乗じた値と同じかそれ以上であるとき、
前記第1の系統から前記第2の系統に切り替える
ことを特徴とする請求項7に記載の降圧充電システム。
The voltage value (Vm) of the intermediate output of the step-down circuit (10) is
When the step-down magnification from the intermediate output of the step-down circuit (10) to the output of the step-down circuit (10) is equal to or greater than the value obtained by multiplying the limit voltage,
The step-down charging system according to claim 7, wherein the first system is switched to the second system.
請求項1から8のいずれか1つに記載の降圧充電システムと、
高電圧を出力する発電手段(40)と、蓄電手段(20)と、を有する
ことを特徴とする電源。
A step-down charging system according to any one of claims 1 to 8,
A power supply comprising a power generation means (40) for outputting a high voltage and a power storage means (20).
前記発電手段(40)が、静電誘導発電機である
ことを特徴とする請求項9に記載の電源。
10. The power source according to claim 9, wherein the power generation means (40) is an electrostatic induction generator.
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